Создал (1865-1887 гг. ) гидратную теорию растворов. Менделеев был одним из организаторов Русского химического общества (1868).

Вернувшись в Россию, Менделеев становится профессором Петербургского технологического института. Здесь он выполнил обширное исследование, которое представил в качестве докторской работы, а затем в 1865 г. защитил докторскую диссертацию " О соединении спирта с водой". Вскоре после этого Менделеев получил должность профессора химии Петербургского университета, а в 1867 г. возглавил кафедру химии. В стенах Петербургского университета Менделеев проработал 23 года и совершил свои основные открытия.

Менделеев был сторонником изнуряющего стиля в работе, всем доказывая, что непрерывные долгие усилия необходимы, даже если вредят здоровью. В 26 лет, работая над книгой " Органическая химия", он не отходил от письменного стола два месяца. Знаменитые " Основы химии" писал тоже неистово, склонившись над бумагой, кричал во весь голос, угрожая математической формуле: " У-у-у, рогатая! Ух, какая рогатая. Я тебя одолею... " В его трудолюбии, терпении и упорстве была какая-то богатырская сила. А когда его называли гением, он морщился, махал руками и ворчал: " Какой там гений! Трудился всю жизнь, вот и стал гением". Поворчать он любил. В лаборатории бранил студентов: " Ни одна кухарка не работает так грязно, как вы... "

Работая над трудом " Основы химии" (1869-1871 гг.), открыл один из фундаментальных законов природы — периодический закон химических элементов. Первый вариант периодической таблицы он напечатал в виде отдельного листка под названием " Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве" в феврале 1869 г. [17 февраля (1 марта)]. Предсказал (1870 г.) существование, вычислил атомные массы и описал свойства трех еще не открытых элементов — " экаалюминия" (открыт в 1875 г. и назван галлием), " экабора" (открыт в 1879 г. и назван скандием) и " экасилиция" (открыт в 1885 г. и назван германием). Затем предсказал существование еще восьми элементов, в том числе " двителлура" — полония (открыт в 1898 г.), " экаиода" — астата (открыт в 1942-1943 гг.), " двимарганца" — технеция (открыт в 1937 г.), " экацезия" — Франция (открыт в 1939 г.). Менделеев систематически занимался изучением растворов и изоморфных смесей.

Открытие Д. И. Менделеевым в 1869 г. Периодического закона (ПЗ) стало не только одним из крупнейших событий в истории химии XIX столетия, но и в известном смысле одним из самых выдающихся достижений человеческой мысли минувшего тысячелетия. И вместе с тем ПЗ и Периодическая система (ПС) химических элементов все еще остаются для нас загадкой. До сих пор не удается понять глубокие физические причины периодичности, в частности, причины периодической повторяемости сходных электронных конфигураций атомов, хотя ясно, что феномен этот связан с непространственной динамической симметрией атомных систем. До сих пор ясно не очерчены границы применимости ПЗ, и, в частности, не выяснено, какой тип свойств соединений какого структурного или топологического класса (или классов) изменяется периодически и почему. Продолжается полемика относительно верхней границы ПС и специфики ядерных и электронных свойств атомов сверхтяжелых элементов. Наконец, остается во многих отношениях загадочной сама история открытия ПЗ и создания ПС, хотя ей была посвящена обширная литература. Разными исследователями предлагались различные версии истории открытия ПЗ. Версии зарубежных историковСреди зарубежных исследований в обсуждаемой области наиболее значимые работы принадлежат Б. Бенсод-Венсан, И. ван Спронсену, Д. Раусону, Н. Бруксу, Л. Грэхему, М. Кайдзи и др.

Вместе с тем за рубежом до сих пор не появилось ни одной работы, детально освещающей процесс создания Менделеевым ПС (при том, что книга Кедрова, как и другие его крупные работы по Менделееву, не были переведены ни на английский, ни на французский, ни на немецкий языки), хотя в последние годы были опубликованы превосходные исследования, посвященные восприятию менделеевского открытия во Франции, Великобритании и США. Кроме того, в зарубежной историографии немало внимания было уделено вопросу о том, кого же следует считать подлинным первооткрывателем ПЗ — Менделеева, Л. Майера, У. Одлинга или всех сразу.

И все-таки о некоторых работах зарубежных авторов, посвященных открытию ПЗ, стоит сказать особо. Статья французской исследовательницы Бернадетты Бенсод-Венсан. Прежде всего она обращает внимание читателя на тот факт, что ПЗ был открыт Менделеевым в процессе написания им учебника " Основы химии" (далее сокр. " Основы"), т. е. в процессе решения педагогической (а точнее, методической) задачи — поисков путей и приемов систематического изложения в обобщенном виде наличной химической информации (фактов, наблюдений, законов, теорий и гипотез).

На этом же обстоятельстве делает акцент и Л. Грэхем, согласно которому именно в ходе написания глав, посвященных химии элементов различных естественных групп, Менделеев пришел к некой общей и поначалу не конкретизированной классификационной структуре (a general pattern), что стало ключевым моментом в создании ПС. Вообще, интерес к " Основам" как к источнику важной информации о пути Менделеева к открытию ПЗ в последние годы несколько оживился, о чем свидетельствуют работы.

Другой аспект истории создания ПС, на который указала Бенсод-Венсан, состоит в том, что Менделеев, в отличии от многих своих, как выразился О. Бенфи, " prеcursors and cocursors", кроме Дж. Кука, У. Одлинга и Дж. Ньюлендса, был последовательным противником гипотезы У. Праута (Prout's unitary hypothesis, 1810), полагая, что химические элементы — это индивиды, не способные распадаться на другие элементы или превращаться друг в друга. Эта убежденность Менделеева в существовании " multiple and inpidual elements" также, по мысли Бенсод-Венсан, способствовала открытию ПЗ, ибо " потеря единства в материи должна была компенсироваться единым законом, которому подчиняется все многообразие элементов".

Поиски этого закона заняли у Менделеева без малого девять лет (считая от Конгресса в Карлсруэ, сентябрь 1860 г., до создания первого варианта ПС в феврале 1869 г.). Говорят, что во сне к нему пришло озарение и что ночью ему привиделось, как, в каком порядке надо разложить те карточки, чтобы все легло по своим местам по закону природы. Может быть. Мозг человека всегда бодрствует. Но шел-то Менделеев к этому прозрению годами! Он продвигался осмысленно, заранее намечая и рассчитывая каждый свой очередной шаг. Может, и было то озарение, но его нельзя назвать случайным.